(57)【要約】  原子炉の蒸気発生器の下部構造物を対象とする冷却装置が提供されている。本装置は蒸気発生器のスカートを摺動基盤に固定する複数の植え込みボルト（110）から構成されている。各植え込みボルトの中核には軸方向貫通孔（112）が、スカートフランジの一端には通気路（122）が、また各植え込みボルトには軸方向貫通孔（112）に連通する一つ以上の通気孔（114）が施されている結果、通気孔(114)を介して通気路（122）と軸方向貫通孔（112）との間に空気循環/冷却路が形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子炉の蒸気発生器の下部構造物を対象とし、また次の項目から構成された冷却装置：
蒸気発生器のスカートを摺動基盤に固定する複数の植え込みボルト（110）だが、
ここでは、各植え込みボルトの中核に軸方向貫通孔（112）が、スカートフランジの一端に通気路（122）が、また各植え込みボルトに軸方向貫通孔（112）に連通する一つ以上の通気孔（114）が施されている結果、通気孔(114)を介して通気路（122）と軸方向貫通孔（112）との間に空気循環/冷却路が形成されることが特徴である。
【請求項２】
軸方向貫通孔（112）にベンチュリ形狭部（112a）が施されており、その狭部（112a）の内部流路は直径が小さく、そこを流れる空気の流速を上昇させ、圧力を低下させる働きをすることを特徴とする、請求１の装置である。
【請求項３】
植え込みボルト外周から中の軸方向貫通孔の方に斜めに伸び込む複数の通気孔が植え込みボルトの軸方向また周方向の両方に沿って様々な個所に施されている結果、水平方向に対する植え込みボルトの局部的な強度の低減が防止されることを特徴とする、請求１の装置。
【請求項４】
スカートの下部に複数の通風溝を施して、蒸気発生器の下で定義された保温隙間と、スカートのボルト孔と植え込みボルトの外周の間のギャップとを連通する循環/冷却路を形成することによって、保温隙間と軸方向貫通孔と間に、複数の通風溝、円形ギャップ、および複数の通気孔を介して、空気循環/冷却路が形成されることを特徴とする、請求１の装置。
【請求項５】
植え込みボルトのネジ山付きの上部にヒートシンクが設置されているが、このヒートシンクには植え込みボルトの熱放散面を増大して冷却作用を増強するための複数の熱放散用フィンが付けられていることを特徴とする、上記いずれかの請求１〜４の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子炉の蒸気発生器の下に配置される下部構造物を対象とする冷却装置に関するものです。具体的には、本発明は、原子炉の蒸気発生器の下部構造物を対象とする冷却装置に関するものであるが、ここでは、原子炉の蒸気発生器のスカートと摺動基盤とを連結する植え込みボルトにベンチュリ形軸方向貫通孔と複数の傾斜通気孔が施されていること、スカートに隣接するスカートフランジの一端に通気路が施されていること、およびスカート下端に複数の通風溝が施されている結果として下部構造物内の保温隙間とその周囲区域の間に、軸方向貫通孔を通して傾斜通気孔、通風溝、および通気路を介して空気循環/冷却路が形成されることが特徴である。これによって、植え込みボルトと摺動基盤を冷却し、熱損傷が防止し、そして最終的には原子炉システム施設の運転安定性の向上させることができる。
【背景技術】
【０００２】
当業界で知られているとおり、韓国で採用されている原子炉として、例えば、Combustion Engineering（CE）提供のSystem Plus 80（例えば、ハンビッ原子力発電所（NPP＝Nuclear Power Plant）の3と4号機）、韓国標準型軽水炉（例えば、ハヌルNPPの3号、4号、5号、および6号機、並びにハンビッNPPの5号と6号機）、OPR1000（例えば、新古里NPPの1号と2号機）、APR1400（新古里の3号と4号機、蔚珍の1号と2号機、UAE（アラブ首長国連邦）NPPの1号と4号機）、2ループ加圧水型原子炉などが挙げられる。
【０００３】
このようなNPP（以降、「原子炉」と省略する）は、韓国の特許10-1473665号“Tubing Support Apparatus for Replacement of Parts of Nuclear Power Plant”（原子力発電所の部品交換のための配管支持装置）で開示されているとおり、原子炉格納容器の中に原子炉冷却システム（RCS＝Reactor Coolant System）が含まれている。
【０００４】
当該RCSは原子パイルを含む原子炉と、ここに接続した一つ以上の熱伝達回路とから構成されている。
【０００５】
当該回路は蒸気発生器と、この蒸気発生器と原子炉との間に冷却材を循環させる一つ以上の冷却ポンプとから構成されている。
【０００６】
当該回路はまた、冷却材の温度と圧力を一定に保つ圧力器も含む。
【０００７】
原子炉心との接触によって加熱された冷却材を蒸気発生器に伝達できるように、第一の大径管あるいは高温側配管が原子炉の一方に、そして蒸気発生器の冷却室の吸引部の一方に接続される。
【０００８】
また、クロスオーバー管という循環管が冷却室の出口一方に、そして冷却室内の渦流室の入口一方に接続される。
【０００９】
低温側配管が冷却室内の渦流室と原子炉を接続する。蒸気発生器において冷却され、冷却ポンプによって押し出される冷却材は原子炉心を冷却するために循環管と低温側配管を介して原子炉に伝達される。
【００１０】
このような原子炉では、蒸気発生器1は図1に示すような典型的な下部構造物で構成されている。
【００１１】
つまり、原子炉1の蒸気発生器1は高温度を保つステーシリンダー10とその下からステーシリンダーを支えるシリンダースカート20から構成されている。
【００１２】
スカート20は複数の植え込みボルト40の付けた摺動基盤30によってその下でしっかりと支えられている。摺動基盤30は複数（すなわち、四個）の半球状スライダー52によって支えられており、これはボルト締め鍛造板50に配置されており、原子炉の運転中の揺れに対応できるような構成となっている。
【００１３】
ここでは、植え込みボルト40は従来の堅固構造をしている。
【００１４】
運転中に、蒸気発生器は高温熱を生成するが、これが下側の摺動基盤30に伝達されると、図2aの熱分析に基づいた熱分布図が示すように、摺動基盤30の温度は上昇することになる。
【００１５】
熱分析に基づいた熱分布図を検討すると、絶縁状態、動作温度、物質、熱伝達、蒸気発生器を流れる空気流などを比較対象とする分析の結果として、スカート20と摺動基盤30によって定義された保温隙間70が蒸気発生器1から生成する高温熱（300 °C以上）の対流、放射のため131 °Cにも及ぶ高温度まで加熱されることが明らかになる。スカート20はそのような高温状態の下で熱変形（すなわち、2.4 mmに及ぶ熱膨張）したことが確認できた。
【００１６】
摺動基盤30の熱変形は次の深刻な問題にもつながる。
【００１７】
摺動基盤30が熱膨張などによって熱変形すると、摺動基盤30は自由移動が妨害されたり、蒸気発生器1の上側の周囲構造との障害が生じたりし、そしてその結果、蒸気発生器1と冷却ポンプの構造物の振動を起こす。
【００１８】
構造物振動は、管の摩耗および蒸気発生器1の振動応力を起こし、そしてこのまま長い時間運転すれば、蓄積したホウ酸塩によって脆化した小径管の材料疲労のためホウ酸溶液の漏洩に繋がる。
【００１９】
また、原子炉における配管の構成の事情のため、中間管と蒸気発生器のノズルとの間の最終的接続溶接による溶接収縮が原因で摺動基盤とポンプの垂直支持物に残留応力がかかる。残留応力の結果として、摺動基盤30が溶接収縮に応えて沈下する。その結果、蒸気発生器の設置後、また最終的接続溶接の後、摺動基盤は一般的に約1 mm以下に沈下する。
【００２０】
摺動基盤が沈下することは摺動基盤30の残留応力と見なされ、これは原子炉の初期運用段階で摺動基盤に対する摩擦力を増大させ、そして摺動基盤の横方向移動を妨害する。
【００２１】
また、摺動基盤が熱変形すると、運用蒸気発生器もその影響を受けて傾くようになり、そしてこれは蒸気発生器の冷態停止の後でも部分の整列の崩れに繋がる。
【００２２】
要するに、摺動基盤が傾くようになるほど変形していれば、蒸気発生器も同様に傾くようになり、冷却ポンプや蒸気発生器の支持構造物にも変形や妨害が発生するが、そのために、原子炉の振動応力はさらに増大することになる。
【００２３】
このような振動応力が、蒸気発生器の管および冷却ポンプの内部コンポーネントの摩耗、また原子力発電所の運転時にRCSに接続された配管の疲労破損を引き起こすと、多くの国から報告されている。
【００２４】
原子炉が長い間この状態で運転すれば、冷却ポンプのメカニカルシールや原子炉の小径管に漏洩ができる恐れがある。
【００２５】
従って、原子炉の構造物振動が原因で生じる、原子炉の摺動基盤30の熱変形とその後の蒸気発生器と冷却システムの小型管の摩耗を防止するための技術を開発する必要がある。
【００２６】
この問題を解決するために、申請者は三つの解決策を提案している。
【００２７】
第一解決策として、摺動基盤30の中央部を介して設置された空気循環スリーブ80によって蒸気発生器を支持し、ベンチュリ効果で空気を自然に循環させる方法を提案している。これによって、蒸気発生器1のステーシリンダーとスカート20で定義された保温隙間70を冷却し、高温熱が蒸気発生器1から摺動基盤30に伝達されることを防止するにつれて、摺動基盤30の熱膨張による原子炉の振動を防止することができる。
【００２８】
第二解決策として、蒸気発生器1を支えるスカート20の下部と摺動基盤30の接触面との間に設置される空気循環用シム板（表示なし）を提案しているが、これによって、蒸気発生器1のステーシリンダーとスカート20で定義された保温隙間70に外気を入流させ、冷却し、高温熱が蒸気発生器1から摺動基盤30に伝達されることを防止するにつれて、摺動基盤30の熱膨張による原子炉の振動を防止することができる。
【００２９】
第三解決策として、蒸気発生器の下部（ステーシリンダーとスカートの近く）にしっかりと固定された熱絶縁用支持板90を提案している。当該熱絶縁用板は一つの熱絶縁材料、一つの熱遮蔽、および複数の硬質な部分でできている。当該熱絶縁用板は従って原子炉の動作振動のために垂れるのを防止できる。熱絶縁用板は、高温熱が保温隙間70を通して摺動基盤30に伝達されることを防止するにつれて、摺動基盤30の熱膨張による原子炉の振動を防止することができる。
【００３０】
申請者が上記提案している解決策は、摺動基盤30の熱変形を緩和するのに貢献し、そして最終的に原子炉の安定した運転と設備のライフサイクルの向上に繋がる。
【００３１】
しかし、上記の解決策は原子炉の一回の営業運転サイクルの後、蒸気発生器の交換時にのみ応用できる。
【００３２】
従って、この解決策は通常運転の原子炉において応用することが課題となっている。また、運用原子炉においても熱変形の原因を取り除いて初めてヒートパイプなどの設備の損傷を防止できるという現状の上で、原子炉の蒸気発生器の下部構造物を冷却する技法を開発することが重大となっているが、この技法には建設中、試運転段階中、または蒸気発生器交換直前の原子炉にでも応用できることが前提要件となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３３】
従って、本発明は当業界で起こる上記の問題を考慮して設計されている。そして、本発明の一つの目的は、原子炉の蒸気発生器の下部構造物を冷却するための装置を実現することにあるが、この装置は、大規模な交換や設備補強なしで原子炉に簡単に採用できるもの、そして原子炉のヒートパイプの摩耗を低減し、運転安定性を向上できるものでなければならない。
【００３４】
本発明の他の目的は、原子炉の蒸気発生器の下部構造物を冷却するための装置を提供することにあるが、この装置は、建設中、試運転段階中、または蒸気発生器交換直前の原子炉にでも採用できるもの、そして保温隙間の温度を大幅に低減し、植え込みボルトの熱疲労とその後の摺動基盤の熱変形を防止できるものでなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００３５】
上記の目的を達成するために、本発明は、次の項目を特徴とする、原子炉の蒸気発生器の下部構造物を冷却するための装置を提供している：
蒸気発生器のスカートを摺動基盤に固定する複数の植え込みボルトだが、
ここでは、各植え込みボルトの中核に軸方向貫通孔が施されており、空気がそこを流れ込み、植え込みボルトが加熱しないようにすることがポイントである。
【００３６】
理想的には、軸方向貫通孔にはベンチュリ形狭部を施すことが可能で、その内部流路は直径が小さく、そこを流れる空気の流速を上昇させ、圧力を低下させる働きをする。
【００３７】
理想的には、スカートフランジの一端に通気路を施し、また各植え込みボルトにも軸方向貫通孔に連通する複数の通気孔を施すことが可能で、その結果、複数の通気孔を介して通気路と軸方向貫通孔との間に循環/冷却路が形成される。
【００３８】
理想的には、植え込みボルト外周から中の軸方向貫通孔の方に斜めに伸び込む複数の通気孔が植え込みボルト上に軸方向また周方向に沿って様々な位置で施すことが可能で、その結果、植え込みボルト上の通気孔が植え込みボルトの水平方向に沿って重なり合うこと、また円周方向に植え込みボルトの一か所に集まることを防止し、また水平方向に対する植え込みボルトの局部的な強度が低減することを防止することが可能になる。
【００３９】
理想的には、スカートの下部に複数の通風溝を施して、蒸気発生器の下で定義された保温隙間と、スカートのボルト孔と植え込みボルトの外周の間のギャップとを連通する循環/冷却路を形成することが可能で、その結果、保温隙間とその周囲区域の間に、複数の通風溝、円形ギャップ、複数の通気孔、貫通孔、および通気路を介して、循環/冷却路が形成される。
【００４０】
理想的には、植え込みボルトのネジ山付きの上部にヒートシンクを設置することが可能で、この場合、ヒートシンクには植え込みボルトの熱放散面を増大して冷却作用を増強するための複数の熱放散用フィンが付けられている。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によると、原子炉におけるスカートと蒸気発生器の摺動基盤を接続する植え込みボルトは、植え込みボルトの軸方向に沿って空気循環/冷却路を形成する軸方向貫通孔と複数の通気孔が施されているが、その結果、植え込みボルトと摺動基盤を冷却し、熱変形を効果的に防止できる。
【００４２】
また、植え込みオルトに施された軸方向貫通孔に加えて、スカートフランジの一端に通気路が、またスカート下部に複数の通風溝が形成されており、蒸気発生器の下にある保温隙間と、スカートのボルト孔と植え込みボルトの外周の間のギャップとを連通する循環/冷却路が形成される。また、本発明によると、ヒートシンクは植え込みボルトのネジ山付きの上部に設置されている。
【００４３】
従って、本発明にかかる装置は、保温隙間の温度を大幅に低減するために大規模な交換や設備補強なしで原子炉に簡単に採用できるので、植え込みボルトの熱疲労とその結果の摺動基盤の熱変形を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】図1は、原子炉における蒸気発生器の下部構造物の縦断面図を示すが、ここでは、下部構造物は従来の堅固構造をしている。
【図２】図2aは、従来の原子炉における蒸気発生器の下部構造物に関する熱分析に基づいた熱分布図を示すが、この分布図は、スカートと摺動基盤で定義された保温隙間が原子炉の運転から生じる高温熱を受けて高温度（131 °Cまで）に加熱する時の熱的分布を図示する。図2bは、本発明に基づいて、スカートと摺動基盤で定義された保温隙間の温度が従来の原子炉に比べて40%以上低下していることを示す、熱分析に基づいた熱分布図である。
【図３】図3は、本発明に基づいて、原子炉における蒸気発生器の下部構造物に固定されている軸方向貫通孔付きの植え込みボルトを図示する部分的な拡大図である。
【図４】図4は、本発明に基づいて、原子炉における蒸気発生器の下部構造物を図示する縦断面図であるが、ここでは、下部構造物は軸方向貫通孔と複数の通気孔が施された植え込みボルトおよび複数の空気循環/冷却路を備えられている。
【図５】図5は、本発明に基づいて、軸方向貫通孔と複数の通気孔が施された植え込みボルトの詳細な構造を示す図である。
【図６】図6は、本発明に基づいて、軸方向貫通孔と複数の通気孔によって形成された空気循環/冷却路を図示する横断面図である。
【図７】図7は、原子炉における蒸気発生器の下部構造物を対象とする冷却装置を図示する縦断面図であるが、ここでは、本発明に基づいて、下部構造物に複数の空気循環/冷却路が形成する。
【発明を実施するための形態】
【００４５】
以降、添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳しく説明する。
【００４６】
図3および4が示すとおり、原子炉における蒸気発生器の下部構造物を対象とする冷却装置100は蒸気発生器1のスカート20を摺動基盤30に固定する複数の植え込みボルト110から構成されているが、ここでは各植え込みボルトの中核にベンチュリ形軸方向貫通孔112が施されている。
【００４７】
図3が示すとおり、植え込みボルト110は蒸気発生器1のスカート20の周囲に設置されており、また各植え込みボルトは軸方向貫通孔112が施されている。
【００４８】
軸方向貫通孔112は小径の狭部112aを特徴とするベンチュリ形内部通路が施されている。狭部112aは約30 mmの長さで、そこに流入する空気は流速が上昇し、圧力が低下する。
【００４９】
このような構造において、図4および7が示すとおり、摺動基盤30上下の空気が植え込みボルト110の軸方向貫通孔112を介して自然に流され、植え込みボルト110が加熱するのを防止する効果が生じる。
【００５０】
このような構造において、ファンから突き出る通気管（表示なし）を軸方向貫通孔112の上側に接続することによって空気を強制的に循環させることもオプションである。
【００５１】
また、スカートフランジ22の一端に、スカート20のボルト孔（植え込みボルト110が通る孔）まで届く通気路122が施されている。
【００５２】
図5のA-A部で示されているとおり、植え込みボルト112は植え込みボルト112に連通する複数の通気孔114が施されている。理想的には、複数の通気孔114は斜めに伸び込む。
【００５３】
通気孔114は、約30度の傾度（θ1）で斜め下方あるいは上方に伸び込み、また植え込みボルトの軸方向に沿って様々な個所に位置付けることがオプションである。
【００５４】
つまり、植え込みボルト110外周から中の軸方向貫通孔112の方に約30度の傾度（θ1）で斜めに伸び込む複数の通気孔114は、植え込みボルト110の軸方向また周方向の両方に沿って様々な個所に施されている。
【００５５】
例えば、図5が示すとおり、軸方向貫通孔112の狭部112aに達する通気孔114の内口は、約15 mmの高さ（h）で垂直方向に離れており、様々な垂直位置を取っていることになる。
【００５６】
複数の通気孔114が約30度の傾度（θ1）と約15 mmの高さ（h）の差を持つ構成では、水平方向の複数の通気孔に比べて、植え込みボルトの特定の断面を弱化させることなく植え込みボルト110の強度が維持される。
【００５７】
つまり、原子炉に固定された植え込みボルト110に張力がかかると、植え込みボルト上の複数の通気孔114の空洞が植え込みボルト110の特定の水平方向断面に重なり合うことが防止されるが、その結果、水平方向の複数の通気孔に比べて、植え込みボルトの特定の断面を弱化させることなく植え込みボルト110の強度が維持される。
【００５８】
また、図6が示すとおり、複数の通気孔114は、植え込みボルト110の周方向に沿って約60度以上の角度（θ2）でお互いに離れている。
【００５９】
周方向の隔離角度（θ2）は、複数の通気孔114の内空間が周方向に植え込みボルト110の一か所に集まることを防止するので、水平方向に対する植え込みボルト110の局部的な強度が低減することを防止できる。
【００６０】
上記説明されたとおり、本発明によると、通気路122と軸方向貫通孔112との間に、スカート20のボルト孔と植え込みボルト110の外周との間の円形ギャップPおよび複数の通気孔114を介して、空気循環/冷却路が形成される。
【００６１】
従って、外気を通気路122を通して自然に流したり補給したりすることが可能である。オプションとして、植え込みボルト110の軸方向貫通孔112の上側とファンの間に通気管（表示なし）を接続し、そして図7に示されたようにファンが空気を吸引する時に、空気を植え込みボルト110を通して強制的に循環させることが可能である。
【００６２】
図4に図示されたとおり、スカート下部24にさらに複数の通風溝124を施すことが可能である。
【００６３】
通風溝124は、切断によって形成できるが、その結果として、蒸気発生器1の下で定義された保温隙間70と、スカート20のボルト孔と植え込みボルト110の外周との間の円形ギャップPとを連通する空気循環/冷却路を形成し、その中の空気循環が可能になる。
【００６４】
この構造では、図6および7が示すとおり、保温隙間70とその周囲区域の間に、複数の通風溝124、スカート20のボルト孔と植え込みボルト110の外周との間の円形ギャップP、複数の通気孔114、貫通孔112、およびスカートフランジ22に施された通気路122を介して、空気循環/冷却路を形成することが可能である。
【００６５】
また、ファン用の通気管（表示なし）を植え込みボルト110の軸方向貫通孔112の上側に接続し、そしてファンが空気を通気管から吸引する場合には、複数の通風溝124、スカート20のボルト孔と植え込みボルト110の外周との間の円形ギャップP、複数の通気孔114、および軸方向貫通孔112を介して、蒸気発生器1の下の保温隙間70からその周囲区域への強制的な空気循環を生じさせることが可能である。
【００６６】
植え込みボルト110はまた、植え込みボルト110のネジ山付きの上部にヒートシンク140が付けられることがオプションである。
【００６７】
ヒートシンク140は熱放散装置として機能し、ネジ山付きの上部に設置されたその本体の外面に複数の熱放散用フィン142が付けられている。従って、ヒートシンク140は植え込みボルト110の熱放散面を増大して冷却作用を増強できる。
【００６８】
本発明によると、植え込みボルト110に空気循環/冷却路が施されており、これによって、植え込みボルト110と摺動基盤30を冷却し、その熱変形を防止し、そして原子炉システム施設の運転安定性を向上させることができる。
【００６９】
特に、本発明にかかる装置は、保温隙間の温度を大幅に低減するために大規模な交換や設備補強なしで原子炉に簡単に採用できるので、植え込みボルト110の熱疲労とその結果の摺動基盤20の熱変形を防止することができる。
【００７０】
本発明における植え込みボルト110と摺動基盤30の冷却作用は図2bの熱分析に基づいた熱分布図にて示されている。
【００７１】
熱分布図によると、スカート20と摺動基盤30で定義された保温隙間70の温度が従来の原子炉と比べて約40%低下した（131 °Cまで）という優れた冷却作用を示している。
【００７２】
本発明の好適実施形態を添付図面を参照しながら詳しく説明したとはいえ、本発明はその好適実施形態に限られていない。当業者の観点から見れば、添付図面で開示された本発明の本発明の範囲と精神から離れずに様々な変更、追加、置換を行うことが可能としている。例えば、軸方向貫通孔112、複数の通気孔114、通気路122、および通風溝124の位置、個数、および形状は設備の構造によって多種あることが認められている。このような簡単な設計上の変更は本発明の範囲と精神に該当する。
【符号の説明】
【００７３】
1: 蒸気発生器             10: ステーシリンダー
20: スカート              22: スカートフランジ
24: スカート下部          30: 摺動基盤
40: 植え込みボルト        50: ボルト締め鍛造板
52: 半球状スライダー      70: 保温隙間
80: 空気循環スリーブ      90: 熱絶縁用板
100: 原子炉の蒸気発生器の下部構造物を対象とする冷却装置
110: 植え込みボルト            112: 軸方向貫通孔
114: 通気孔        122: 通気路
124: 通風溝        140: ヒートシンク
142: 熱放散用フィン     h: 高さ
P: 円形ギャップ           θ1、θ2: 角度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2019509499.tif 000011
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